Simulazione e ottimizzazione del sistema elettrico di un veicolo per la Shell Eco-marathon®

Shell Eco-Marathon, an international competition sponsored by Royal Dutch Shell, challenges universities as well as high school students to design and build ultra-energy efficient vehicles. Since 2005 Politecnico di Milano has been participating in this competition with a project which has developed, over the years, three different types of vehicles, racing in two of the planned categories: “Prototype”, which minimizes energy consumption, at detriment of the pilot’s comfort “Urban Concept”, built according to criteria similar to those required by city cars In 2011 Politecnico di Milano won the European competition, category “prototype – solar energy”, running 9.750 km with one liter of gasoline, a worldwide record not beaten so far. Over the years, more and more efforts have been put in vehicle design by aerodynamic performance and electronic architecture (vehicle control) improvements. Mechanics and electronics developments lead to performance and fuel consumption optimization. This is the framework of my thesis, which deals with the electronic equipment management (hardware and software) of the two vehicles competing in Shell Eco-Marathon 2013 in Rotterdam. The final achievements of my research are the following: - Design and implementation of a “race-simulator”, able to calculate the fuel consumption of our “Urban Concept” Daphne on different race tracks - The management of all the electronic devices of the vehicles - A new engine control card design, with improved management capability of the vehicle - Implementation of the needed software for the electric engine control

La Shell Eco-Marathon®, competizione internazionale patrocinata dalla compagnia petrolifera Royal Dutch Shell®, vede università ed istituti tecnici superiori di tutto il Mondo impegnati nella progettazione e realizzazione di veicoli ad alta efficienza energetica. Dal 2005 il Politecnico di Milano partecipa a questa competizione tramite un progetto che ha portato allo sviluppo, nel corso degli anni, di tre diversi veicoli partecipanti nelle due categorie previste: prototipi, veicoli dalle caratteristiche estreme con l’unico obiettivo di massimizzare l’efficienza nell’utilizzo dell’energia a discapito del comfort del pilota, e “urban concept”, veicoli realizzati con criteri simili a quelli impiegati per la costruzione di convenzionali city car. Nel 2011 il Politecnico di Milano vince nella categoria prototipi ad energia solare, aggiudicandosi il titolo europeo, con la percorrenza di 9750 km con l’equivalente energetico di un litro di benzina: record, ad oggi, ancora imbattuto a livello mondiale. Nel corso degli anni, si è dedicata una sempre maggiore attenzione nel design dei veicoli, minimizzando le resistenze meccaniche e ottimizzandone l’aerodinamicità. Stesso riguardo si è avuto per la loro componente elettronica: si sono infatti sviluppate architetture dedicate per il controllo dei veicoli. Meccanica ed elettronica si fondono, nei vari veicoli, in modo da creare un legame sinergico che permetta di ottimizzarne i consumi e le prestazioni. È in questo contesto che si inserisce il presente elaborato di tesi, riguardante la gestione, sia hardware che software, dell’elettronica presente a bordo dei due veicoli partecipanti all’edizione Shell eco-marathon® 2013 tenutasi a Rotterdam. Il lavoro svolto ha visto lo sviluppo di un simulatore di gara, in grado di valutare i consumi del veicolo “urban concept” Daphne su diversi tracciati, la gestione di tutte le schede elettroniche di cui sono dotati i veicoli, la progettazione di una nuova scheda motore, al fine di introdurre nuove specifiche nella gestione del veicolo, e la realizzazione del software per il controllo dei motori elettrici.